小麦是我国主粮作物，种植面积占粮食作物的 20.4%^[1]，而旱地小麦占我国小麦种植面积的 1/3。研究发现，秸秆还田技术能提高土壤水分的利用效率，降低作物株间土壤水分的无效蒸发，培肥地力^[2]，是旱作地区较为常见的一种保墒方式。王玉珑等^[3]研究发现，秸秆还田较秸秆不还田可显著提高玉米干物质积累量与产量。高甜甜等^[4]研究发现，秸秆带状覆盖可延长灌浆持续期，提高快增期及缓增期灌浆速率，并且最大灌浆速率高于露地，促进了籽粒灌浆进程。

磷是植物生长发育所需的三大营养元素之一。施磷能促进小麦叶绿素的合成、根系的生长、分蘖的增加，进而提高小麦成穗率，从而保证小麦的产量^[5-7]。小麦对土壤磷素的供应较为敏感^[8]。相关研究表明，随着施磷量的增加，小麦花后干物质积累量以及对籽粒的贡献率均明显升高^[9]。薛华龙等^[10]研究发现，施磷可以增加冬小麦茎叶干物质积累，有利于干物质向籽粒转移，从而提高籽粒灌浆速率，并且还能显著提高单位面积穗数、穗粒数。但也有研究发现，增加磷肥施用量虽然有利于小麦生长发育，提高小麦产量^[11]，但随着磷肥施用量的增加，小麦穗数、穗粒数和产量呈先升后降的趋势^[12]。可见，不同条件下适宜施磷量差异很大。

前人关于秸秆还田、施磷效应的研究较多，但大多数是对秸秆还田、磷肥作为单因子进行分析，而针对两者组合效应特别是对旱地小麦籽粒灌浆特性及磷素吸收影响的研究鲜见报道。本研究分析了秸秆还田和秸秆不还田条件下 5 个施磷水平对旱地小麦灌浆特性、干物质积累转运、磷素吸收利用及产量形成的影响，以期为旱地小麦高产高效栽培提供理论参考和依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选用旱地小麦品种‘洛旱 22’为材料，由洛阳农林科学院提供。

1.2 试验设计

试验于 2020—2021 年在河南科技大学试验农场（33°35′—35°05′N，111°8′—112°59′E）进行。试验地地处温带，属于半湿润、半干旱大陆性季风气候，年平均气温 12.1～14.6℃，年平均降水量约 600 mm。试验地土壤为黄潮土，土壤含碱解氮 33.86 mg/kg、有效磷 10.86 mg/kg、速效钾 118.2 mg/ kg、有机质 11.92 g/kg，土壤 pH 为 7.53。采用裂区试验设计，主区为玉米秸秆还田处理，分别为秸秆不还田（S0）、秸秆还田（S1），秸秆还田量为 8000 kg/hm²，副区为施磷量处理，分别为 0 kg/hm² （P0）、75 kg/hm² （P1）、112.5 kg/hm² （P2）、150 kg/hm² （P3）、187.5 kg/hm² （P4），其中秸秆还田是在 9 月底夏玉米收获后将秸秆机械粉碎后还田，然后撒施肥料，深翻入土，用旋耕机旋耕后播种小麦；秸秆不还田是将前茬作物玉米的秸秆移出试验田，其他耕作措施同秸秆还田处理。小区面积 12 m²，重复 3 次。各处理氮肥用量均为 240 kg/hm²、钾肥料用量均为 150 kg/hm²。氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾。所有肥料均在小麦播前作底肥施入。

1.3 样品采集及测定

1.3.1 籽粒灌浆动态的测定

各处理于开花期选同一日开花的单茎进行标记，每隔 5 d 取样1次，直至成熟，每次取 10 穗， 105℃杀青 30 min 后，75℃烘干至恒重，以花后天数（t）为自变量，籽粒千粒重（y）为因变量，用 logistic 方程^[13]y=A/（1+Be^-kt）对籽粒增重过程进行拟合。其中，A 表示理论最大千粒重，B 为初始值，K 为灌浆速率参数。根据方程推导出最大灌浆速率出现的时间（T_max）、灌浆速率达到最大时的籽粒生长量（W_max）、最大灌浆速率（V_max）、灌浆持续时间（t）、平均灌浆速率（V_mean）、灌浆渐增期持续时间（T1）、灌浆快增期持续时间（T2）、灌浆缓增期持续时间（T3）。

1.3.2 干物质量测定

开花期在每个小区选取长势均匀的 20 个单茎，分为叶片、茎鞘和穗 3 部分，成熟期选取 20 个单茎，分为叶片、茎鞘、穗轴＋颖壳、籽粒，分别在 105℃下杀青 30 min，于 75℃烘干至恒重，称量其干重。计算公式如下：

花前营养器官干物质转运量 = 开花期营养器官干物质积累量-成熟期非收获器官干物质积累量；

花前营养器官干物质转运对籽粒的贡献率（%） = 花前营养器官干物质转运量 / 籽粒产量 ×100；

花后干物质同化量 = 籽粒产量 − 花前营养器官干物质转运量；

花后干物质同化量对籽粒产量贡献率（%）= 花后干物质同化量 / 籽粒产量 ×100。

1.3.3 植株磷含量的测定

将小麦各生育时期的植株样本烘干后磨碎，用 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮-钒钼黄比色法测定磷含量^[14]。计算公式如下：

植株各器官磷素积累量（kg/hm²）= 各器官磷素含量 × 各器官干物质积累量；

花前营养器官磷素转运量（kg/hm²）= 开花期营养器官磷素积累量-成熟期营养器官磷素积累量；

花前营养器官磷素转运对籽粒产量的贡献率 （%）= 花前营养器官磷素转运量 / 籽粒产量 ×100；

花后磷同化量（kg/hm²）= 籽粒产量-花前营养器官磷素转运量；

花后磷同化量对籽粒产量的贡献率（%）= 花后磷同化量 / 籽粒产量 ×100。

1.3.4 产量测定

于成熟期在每小区内选择代表性单株 20 株，分别考查每穗粒数、每穗实粒数、千粒重等性状。各处理采取三点取样法，每个样点收获一米双行植株，调查穗数后，脱粒、风干、称重计产。

1.4 数据分析及相关计算

磷肥农学效率 =（施磷处理籽粒产量-不施磷处理籽粒产量）/ 施磷量；

磷肥偏生产力 = 施磷处理籽粒产量 / 施磷量；

磷肥吸收利用率（%）=（施磷肥区作物磷素总累积量-不施磷肥区作物磷素总累积量）/ 施磷量 ×100。

采用 Excel2010 进行数据处理，采用 Origin 2022 进行图表制作，采用 DPS 9.01 进行方差分析，采用新复极差多重比较法（Duncan）进行差异显著性检验（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田配施磷肥对旱地小麦干物质积累及转运特征的影响

2.1.1 旱地小麦干物质积累

图1 表明，冬小麦开花期和成熟期地上部各器官的干物质总积累量均为 S1P3 处理最高，分别为11124.63、16160.55 kg/hm² 。其中，在开花期，各器官干物质积累量表现为茎鞘最高，穗轴 + 颖壳次之，叶片最低，在成熟期，各器官干物质积累量表现为籽粒最高，茎鞘其次，叶片最低。相同施磷水平下，S1 与 S0 处理相比，两时期叶、茎鞘、穗轴 + 颖壳、籽粒的干物质积累量差异均达显著水平。随着施磷量的增加，两时期小麦各器官干物质积累量均呈先增后降的趋势，即在施磷量为 150 kg/hm² 水平下达到最高，之后各项指标随施磷量的增加均降低。可见，秸秆还田与施加 150 kg/hm² 的磷肥有助于各器官干物质量积累，为花后粒重的增加奠定基础。

注：同一指标不同小写字母表示在 5% 水平差异显著。

2.1.2 旱地小麦干物质转运特征

表1 表明，冬小麦花前营养器官对籽粒产量贡献率表现为茎鞘最高、叶片次之、颖壳＋穗轴最低，秸秆不还田能提高开花前干物质向籽粒转运量及其对籽粒的贡献率，而施磷量对冬小麦花前营养器官贮存同化物质转运量和对籽粒贡献率的影响规律不明显。同一施磷水平下，S1 处理的花后同化量及对籽粒的贡献率均高于 S0 处理，且达显著水平。无论秸秆是否还田，花后同化量均随着施磷量的增加而增加，在 P3 处理下达到最大，随后下降，且达显著水平；P3 处理花后同化量在 S1 条件下比 P0 处理高 38.67%，在 S0 条件下比 P0 处理高 29.67%。冬小麦花后籽粒贡献率为 63.23%～72.67%，无论秸秆是否还田，花后籽粒贡献率在 P3 处理下达到最大值；在 P2、P3、P4 处理下，S1 处理花后籽粒贡献率比 S0 处理分别高 12.41%、5.76%、5.01%，且均达显著水平。经显著性检验可知，秸秆还田对开花期茎鞘对籽粒贡献率影响不显著，对其余指标均有显著影响；施磷量对开花期总转运量、籽粒贡献率以及成熟期同化量、籽粒贡献率均有显著或极显著影响；两者互作除对开花期叶片对籽粒贡献率影响不显著外，对其余指标均有显著影响。由此可见，秸秆还田虽然降低了开花前干物质向籽粒转运量及其对籽粒的贡献率，但显著提高了开花后同化物输入籽粒量，最终增加籽粒干物质积累量，施磷量为 150 kg/hm² 更利于促进花后光合产物向籽粒转运。

注：同列数据后不同小写字母表示在 5% 水平差异显著；^* 表示 P<0.05；^** 表示 P<0.01。下同。

2.2 秸秆还田配施磷肥对旱地小麦磷素吸收、转运及其对籽粒贡献率的影响

2.2.1 旱地小麦磷素吸收

从表2 可以看出，秸秆还田和施磷均可促进小麦磷素吸收，其中 S1P3 处理对开花期叶片、茎鞘及成熟期的各器官在磷素吸收方面均有较好的促进作用，与其它处理差异显著。同一施磷水平下，除开花期颖壳 + 穗轴以及茎鞘的 P1、P4 处理外，S1 处理的各器官对磷素的吸收量均高于 S0 处理，S1P3 处理的开花期及成熟期叶片、茎鞘、颖壳 + 穗轴、籽粒磷吸收较 S0P3 处理分别提高 12.57%、1.74%、-29.69% 及 57.71%、24.91%、 16.00%、10.95%，均达显著水平。无论秸秆是否还田，开花期和成熟期各器官对磷素吸收量均随施磷量的增加而增加，在 P3 处理下达到最大，随之下降，且达显著水平；P3 处理下磷素积累量在 S1 处理下比 P0 处理高 41.76%～115.00%，在 S0 下比 P0 处理高 50.40%～157.00%。经显著性检验可得，秸秆还田与施磷量对开花期和成熟期的叶片、茎鞘、颖壳 + 穗轴和籽粒均有显著或极显著差异，两者互作对成熟期的叶片、茎鞘影响不显著，对其余指标均有极显著影响。试验表明，施磷量过低或过高均不利于各器官磷素营养吸取，秸秆还田与施用 150 kg/hm² 的磷肥最有利于小麦对磷素的吸收。

2.2.2 旱地小麦磷素转运特征

小麦地上部各器官花前磷转运量表现为：叶片最高、茎鞘次之、颖壳 + 穗轴最低；花前对籽粒贡献率表现为：叶片最高、茎鞘、颖壳 + 穗轴对籽粒的贡献率差异表现不明显（表3）。同一磷素水平下，叶片磷素转运量、花后磷同化量以及对籽粒贡献率表现为 S1>S0，茎鞘、颖壳 + 穗轴的磷转运量、对籽粒贡献率以及叶片对籽粒的贡献率均表现为 S0>S1，且差异显著。无论秸秆是否还田，施磷均可提高花后磷同化量，且均在 P3 处理下达到最大值，S1P3 处理的花后磷同化量比 S1P0 处理提高 88.22%，S0P3 处理下比 S0P0 处理提高 40.97%；花后磷素对籽粒的贡献率随着施磷量的增加呈上升的趋势，在 S1P3 处理下达到最大值，为 72.38%。方差分析表明，秸秆还田、施磷量及两者之间的互作对花前磷转运量、花前对籽粒贡献率、花后磷同化量和花后对籽粒贡献率均有极显著影响。以上表明，秸秆还田虽然降低了花前磷素转运量及其对籽粒的贡献率，但显著提高了花后磷素同化物及其对籽粒的贡献率，施磷量为 150 kg/hm² 更有利于促进花后磷素向籽粒转运。

2.3 秸秆还田配施磷肥对旱地小麦产量及其构成因素的影响

从表4 可以看出，同一施磷水平下，S1 处理的小麦产量、穗数和穗粒数均大于 S0 处理，且在 P3 处理达到最大；S1 处理小麦产量、穗数在 P3 处理比 S0 处理分别提高了 3.78%、4.74%。无论秸秆是否还田，各处理下小麦单位面积穗数、穗粒数、产量均随施磷量的增加总体呈先增后减的趋势，P0～P3 处理呈增加趋势，P3～P4 处理呈下降趋势，P3 处理达到最大值；P3 处理的小麦产量、穗数、穗粒数在 S1 处理下分别比 P0 处理下提高了 26.87%、 23.14%、9.81%，在 S0 处理下分别比 P0 处理下提高了 26.48%、20.82%、14.11%。小麦产量在 S1P2 和 S1P3 处理下差异不显著，但在 S1P3 处理下达到最大值，为 6928.66 kg/hm²。方差分析表明，秸秆还田与施磷量对小麦产量、穗数和穗粒数影响均达到极显著水平，施磷量对千粒重达显著水平，秸秆还田与磷肥互作对小麦产量影响达到极显著水平。

2.4 秸秆还田配施磷肥对旱地小麦磷素利用的影响

表5 表明，同一磷素水平下，S1 处理的磷肥农学效率、磷肥偏生产力及磷肥吸收利用率均高于 S0 处理，且差异达显著水平；在 P1～P4 处理中，S1 处理较 S0 处理分别高 0.24～2.64 kg/kg、 0.73～5.08 kg/kg、0.94%～2.90%。无论秸秆是否还田，磷肥农学效率、磷肥偏生产力及磷肥吸收利用率均呈随施磷量的增加而减少的趋势，P1 处理在 S1 处理下较 P4 处理分别提高 6.17 kg/kg、48.18 kg/ kg、4.59%，在 S0 处理下较 P4 处理分别提高 4.99 kg/kg、43.8 kg/kg、3.66%。经显著性检验可知，秸秆还田与施磷量对磷肥农学效率、磷肥偏生产力及磷肥吸收利用率的影响均达显著水平，两者互作对磷肥农学效率、磷肥偏生产力、磷肥吸收利用率均有显著或极显著影响。由此可见，秸秆还田可提高小麦磷肥利用效率，施加磷肥会对磷肥农学效率、磷肥偏生产力及磷肥吸收利用率呈负作用。

2.5 秸秆还田配施磷肥对旱地小麦籽粒灌浆特性的影响

从表6 可以看出，将不同处理籽粒灌浆过程进行 logistic 方程拟合，拟合过程的决定系数 R² 均大于 0.985，达到显著水平，由此可见，方程较好地模拟了小麦籽粒灌浆过程。不同处理下的籽粒理论最大千粒重（A）在 S1P3 处理达到最大值 47.89 g，灌浆持续期均表现为速增期 >缓增期 >渐增期，T1、 T2 阶段随着施磷水平的提高在 P3 处理最高，随之下降。同一施磷水平下，S1 处理的 T_max、W_max、V_max、t、V_mean 均大于 S0 处理。无论秸秆是否还田，施加磷肥均可提高籽粒灌浆特征参数 T_max、W_max、 V_max、V_mean，且随施磷水平的提高呈先增加后降低的趋势，在 P3 处理达到最大值；P3 处理籽粒灌浆的参数T_max、W_max、V_max、V_mean 在 S1 处理下比 P0 处理分别高 6.9%、21.09%、27.18%、26.9%，在S0 处理下较 P0 处理分别提高了 8.50%、20.83%、 25.52%、25.78%。籽粒灌浆的参数 T_max、W_max、 V_max、V_mean 在 S0 处理下，P2>P4； 在 S1 处理下，除了W_max 参数是 P2<P4，T_max、V_max、V_mean 参数均是 P2>P4。以上表明，秸秆还田且施加 150 kg/hm² 的磷肥更有利于籽粒在整个灌浆过程增重、增产。

注：R² 是方程拟合决定系数；A 是理论最大千粒重（g）；T_max 是最大灌浆速率出现时间（d）；W_max 为灌浆速率达到最大时的籽粒生长量（g）； V_max 是最大灌浆速率[g/（1000 粒 ∙d）]；t 是灌浆持续时间（d）；V_mean 是平均灌浆速率[g/（1000 粒 ∙d）]；T1 为灌浆渐增期持续时间（d）；T2 为灌浆快增期持续时间（d）；T3 为灌浆缓增期持续时间（d）。

3 讨论

3.1 秸秆还田配施磷肥对旱地小麦磷素吸收利用的影响

磷是植物生长所需要的大量元素之一，其吸收和分配对小麦的生长发育都有很大的影响。颜晓军等^[15]研究表明，磷肥供应能显著提高甜玉米植株的磷素累积量，其中穗部磷素累积来自营养体 （茎、叶、雄穗）的转运较少，绝大部分来自于花后同化（P0 处理除外），王文翔等^[16]研究发现在干旱年份，150 kg/hm² 的施磷量主要促进开花后的磷素积累，进而促进籽粒磷素积累。向晓玲等^[17] 研究表明，秸秆覆盖与施磷均显著提高小麦磷素积累量。本试验发现，施磷量过低或过高均不利于各器官磷素营养吸取，秸秆还田与施加 112.5～150 kg/hm² 范围内的磷肥可保证籽粒正常生长所需的磷营养。原因可能是秸秆还田的时间越长，秸秆中养分的释放速率会相对越快，同时，秸秆腐解会产生大量能促进土壤中难溶性磷转化和释放的小分子物质^[18-19]，但磷也存在着一定的阈值，超过界限，反而会起到负作用。小麦花前磷素转运量和对籽粒贡献率以叶片最高，施加磷肥可提高花前磷素转运量、花后磷同化量以及花后磷素对籽粒的贡献率^[20]，秸秆还田虽然降低了花前磷素转运量及其对籽粒的贡献率，但显著提高了花后磷素同化物及其对籽粒的贡献率^[17]。磷肥利用效率是反映作物对磷肥吸收与利用的主要指标，磷肥农学效率是评价磷肥增产效益较为准确的指标，磷肥偏生产力是反映土壤基础养分水平和磷肥施用量综合效应的重要指标^[21]。朱荣松的^[22]通过研究表明，水稻的磷肥吸收利用率、磷肥的农学生产率和磷肥偏生产力 3 个指标都表现出随施磷量的增加呈下降的趋势，颜晓军等^[15]研究表明甜玉米磷肥农学效率、利用率、偏生产力均随着磷肥投入的增加显著下降，结果与本试验一致。除此之外，本试验表明秸秆还田提高了磷肥农学效率、磷肥偏生产力、磷肥吸收利用率，且达显著水平^[20]。由此可见，秸秆还田与施加 112.5～150 kg/hm² 范围内的磷肥对提高小麦磷素吸收与利用效果更佳。

3.2 秸秆还田配施磷肥对旱地小麦干物质及产量的影响

研究表明，干物质的积累、转运与合理分配是提高作物产量的关键，对产量的形成有重要影响^[23]； 秸秆覆盖或施磷可以促进小麦茎的伸长、增粗，增加植株的干物质质量^[24-25]。黄玉芳等^[26]研究表明，随着施磷量的增加，小麦干物质累积提高，但当施磷量进一步增加时，小麦干物质量增加不显著甚至显著下降，这和本试验结果一致，且开花期茎鞘最高，成熟期籽粒最高。除此之外，秸秆还田显著增加了小麦地上部干物质积累，这与向晓玲等^[17]研究相似，可能因为秸秆还田不利于小麦灌浆中后期叶绿素降解，提高了光合作用^[27]，促进了光合物质的产生和积累。本试验还发现，秸秆还田致使冬小麦籽粒产量只有一小部分是花前营养器官干物质转化的结果，大部分是花后干物质积累的结果^[28]。刘冲等^[24]研究表明，施磷量为 120 kg/hm² 有助于开花期和成熟期干物质在叶、茎、叶鞘和穗之间的分配，从而提高干物质转运对籽粒产量的贡献率，进而提高经济系数，达到高产。而本试验最佳施磷量为 150 kg/hm² 更有利于促进花后光合产物向籽粒转运，这可能与小麦品种、生态条件、基础肥力等有关。产量三要素是影响小麦高产的关键，但它们之间存在制约和竞争的关系。研究发现，单位面积穗数是影响旱地小麦产量的主要因素，其次为穗粒数，而千粒重受环境影响较小。其他研究也表明，随施磷量的提高，小麦产量、有效穗数、千粒重和穗粒数呈现出先增后降的趋势。本试验结果和前人研究一致，秸秆覆盖与施磷显著提高了冬小麦产量、穗数及穗粒数，其中两者之间的交互作用显著影响小麦产量。这可能是因为秸秆覆盖处理的土壤有良好的保水保墒效果^[29]，施磷可提高小麦成穗数^[30]，提高小麦产量；但磷肥施用过高，就会影响冬小麦的生殖生长，导致千粒重降低^[31]。

3.3 秸秆还田配施磷肥对旱地小麦籽粒灌浆特性的影响

灌浆期是提高冬小麦粒重和产量的重要生育期，籽粒千粒重是反映籽粒灌浆积累的指示性状，是构成作物产量的重要因素之一^[32]。本研究利用 logistic 模型对秸秆还田条件下不同磷肥处理中小麦籽粒灌浆进程的拟合结果表明，各处理籽粒灌浆过程均符合 logistic 生长曲线，各处理参数 A（理论最大千粒重）随施磷量的增加表现为先增后减的变化规律，以施磷 150 kg/hm² 水平下籽粒干物质积累量达到最大。灌浆持续时间是决定粒重的重要因素，其次是平均灌浆速率，较高的土壤肥力可以提高籽粒平均灌浆速率，延长籽粒灌浆持续期^[33]。原亚琦等^[34]研究表明，相同磷肥下，快增期持续时间、最大灌浆速率随底墒增加而上升。相同底墒下，渐增期和快增期的持续时间、最大灌浆速率均随磷肥的增加而增高。陆秀娟等^[35]研究表明，缺磷（ NK）时，灌浆启动早，提前达到最大灌浆速率，最大灌浆速率和平均灌浆速率降低，中后期灌浆持续时间也有所延长。本试验表明，施加磷肥能提高渐增期、快增期天数，缩短了缓增期天数，秸秆还田与施加磷肥均能提高籽粒最大灌浆速率、平均灌浆速率以及达到最大灌浆速率的时间，延长籽粒灌浆期，这是因为在秸秆还田和施用磷肥的土壤中，肥力充足，延缓了植株的衰老，其快增期的终止时间较晚、持续时间较长，最大灌浆速率开始时间较晚，冬小麦籽粒灌浆进程得到优化，促进了千粒重增加，以施加 112.5～150.0 kg/hm² 磷肥的作用效果较好。对于施加 187.5 kg/hm² 磷肥致使作用效果不升反降，可能是由于施用过量的磷肥导致植株中下部通气不良，不利于群体构建和光合作用，呼吸强度增加所致^[36]。

4 结论

秸秆还田和增施磷量均能提高小麦各器官干物质和磷积累量、花后干物质和磷同化量，增加小麦穗数、穗粒数和千粒重，从而提高小麦产量；通过 logistic 灌浆方程得出，秸秆还田与施磷均能提高籽粒最大灌浆速率、达到最大灌浆速率的时间以及平均灌浆速率，延长籽粒灌浆期，从而增加千粒重； 秸秆还田还促进了植株对磷的吸收利用。综合考虑，秸秆还田配施 150 kg/hm² 磷肥（S1P3）适合当地生态条件下小麦高产栽培。

参考文献